【正文】 的測定最終轉(zhuǎn)變?yōu)閷τ椭妮腿∷嚯妼?dǎo)率的測定。乘法器 積分器延時器X(t)Y(t)??tRxy圖 互相關(guān)檢測原理框圖圖 是實現(xiàn)互相關(guān)檢測的原理框圖。 參考信號通道相敏檢波 19 0 176。當(dāng) 時，輸出信號為交流信號。具體設(shè)計見第三章。專用指令是用戶增加的硬件模塊，它增加了算術(shù)邏輯單元（ALU） 。具體的搭建見第三章。 表面硬度處理，減少擦傷、刮傷及防化學(xué)處理。 電容式觸摸屏電容技術(shù)觸摸屏 是利用人體的電流感應(yīng)進行工作的。將顯示與操控界面統(tǒng)一于觸控屏上。 系統(tǒng)硬件組成框圖信號采集兩路相位相差9 0 176。包括 10 位量化器、高帶寬跟蹤/維持,精度高內(nèi)部參考。 C 到 +85℃。reg [15:0] Cntr_CLK_ADC。 endendmodule 信號源部分本系統(tǒng)的信號源是用 Altera 提供的 NCO 核組建而成，NCO 核的控制端口與CPU 相聯(lián)，輸出端口與外部 DAC 相聯(lián)。該部分由兩個 NCO 核組成，一個產(chǎn)生正弦激勵信號，一個產(chǎn)生兩路同頻率的正交正弦信號；該部分能有效地實現(xiàn)激勵正弦信號的產(chǎn)生，為檢測電極提供檢測信號，同時為鎖定放大器提供兩路同頻率正交正弦參考信號。input signed [11:0] data_small。求和電路的功能是將兩路信號相加并輸出其和，求和電路的具體實現(xiàn)是利用FPGA 的可編程性，用 Verilog HDL 語言實現(xiàn)的。本系統(tǒng)采用 Nios II 的 Nios Ⅱ/s——標(biāo)準(zhǔn)型，以減少 FPGA 資源的消耗。 電導(dǎo)率值計算利用鎖定放大器傳送來的數(shù)值，經(jīng)過開方運算，除以參考信號的幅值便可得出被測液的電率導(dǎo)值。測試環(huán)境：硬件平臺：友晶公司研發(fā)的 DE2 開發(fā)板。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)電導(dǎo)率信號的檢測。由于系統(tǒng)涉及化學(xué)物質(zhì)檢測和微弱信號檢測，屬于學(xué)科交叉部分，需要一定化學(xué)知識和豐富的信號處理方面的知識。一維傳感器對某些物質(zhì)的區(qū)分不是十分明顯，因此在后續(xù)的研究中，可在本系統(tǒng)平臺上掛載多個傳感器，采集多種物質(zhì)參數(shù)，例如：氣味參數(shù)、重金屬元素參數(shù)、透光度參數(shù)等。在這些過程中，無論是技術(shù)層面，還是理論層面我們都得到了極大地提升。char dat。x=x|dat。x=x|dat。Write_ADS7846(0x90)。i11。}/* 寫入觸摸芯片指令*/void Write_ADS7846(unsigned char x){ unsigned char i。 else ads7846_DIN_0。ads7846_CLK_0。ads7846_DIN_0。ads7846_CLK_1。ads7846_CLK_1。 return x。for(i=0。ads7846_CS_0。雖然做本項目的時間很短，而且在一開始我們并不太了解 SOPC 技術(shù)，但我們一直在堅持，在努力，學(xué)習(xí) SOPC，學(xué)習(xí)自己所不懂的。 應(yīng)用功能擴展本系統(tǒng)僅進行了對地溝油的測定，應(yīng)用功能單一。由于能力和時間有限，本系統(tǒng)還存在許多不足之處，所以提出部改進方案和更高的功能期望。此測試使用了：乙醇、甲醇、甘油、甘醇、乙酸、丙酮、乙酸乙酯等萃取液。測試范圍：檢測電極檢測出的電壓差值，電壓差值的誤差范圍以及檢測的靈敏度。 顯示報警CPU 將判斷結(jié)果輸出到觸控屏顯示端，顯示被測液的電導(dǎo)率的值，如果是地溝油則同時報警。外設(shè)接口包括：SRAM 接口、兩個 NCO 控制接口、觸控屏控制接口以及信號輸入接口。 output signed[24:0] sum。assign data_big={data_small[11],4*data_small[10:0]}。鎖定放大器的具體電路實現(xiàn)包括：兩路相敏檢波電路，兩路低通濾波器，運算單元。NCO 核被設(shè)置成 16 位頻率控制，正交雙通道 12 位輸出的數(shù)控震蕩源。s clk///////////to create 828e39。圖 顯示的是 ADS828E 驅(qū)動模塊。這個外部參考選項提供了優(yōu)秀的增益和抵消匹配當(dāng)用于多通道應(yīng)用程序或應(yīng)用程序在量需要調(diào)整。信號源、CPU 及接口、鎖定放大器全以數(shù)字方式實現(xiàn)，并留下與外部電路的接口，實現(xiàn)數(shù)字化處理。信號從檢測電極發(fā)出后，將經(jīng)過 ADC 電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，而 NCO 核產(chǎn)生的正弦激勵信號將經(jīng)過 DAC 電路轉(zhuǎn)換成模擬信號。當(dāng)手指觸摸在金屬層上時，由于人體電場，用戶和觸摸屏表面形成以一個耦合電容，對于高頻電流來說，電容是直接導(dǎo)體，于是手指從接觸點吸走一個很小的電流。一次校正，穩(wěn)定性高，永不漂移。為了做到操作和顯示界面的友好與方便，本系統(tǒng)采用彩色觸摸屏的方案。專用指令邏輯和本身 Nios Ⅱ指令相同，能夠從多達兩個源寄存器取值，可選擇將結(jié)果寫回目標(biāo)寄存器。NiosII 軟核 CPU 是 Altera 正式推出了 Nios II 系列 32 位 RSIC 嵌入式處理器。將一定寬度的單電極浸沒在待測的油脂萃取液中，對其中一片極板施加一定頻率和幅度的正弦信號，通過待測油脂萃取液后所施加的正弦信號會發(fā)生衰減，通過測定衰減系數(shù)便可得到電導(dǎo)率，具體轉(zhuǎn)換過程如下：Y信號源S內(nèi)阻 r待測液R傳感檢測單元圖 信號轉(zhuǎn)換示意圖如圖 所示，設(shè)信號源輸出的信號幅值為 A，內(nèi)阻 r 已知，待測液的14阻抗為 R，Y 為傳感檢測單元檢測的輸出幅值。設(shè)待測信號為是伴有噪聲的正弦信號 ，即 ，其中 為隨機噪聲， 為有用正弦信號，()xt)()tsnt??()t()st即 ；1()sin2stAf???IQ平 方平 方求 和2I2開 方 運 算2IQ?2I?圖 運算單元結(jié)構(gòu)圖0176。其中 為待測信號， 為信號 中混入的噪聲， 為已????tnstx??ts??tnts??ty知參考信號，則互相關(guān)輸出 為：)(?xyR。 相關(guān)檢測技術(shù)對微弱信號的檢測常采用相關(guān)檢測技術(shù)，相關(guān)檢測技術(shù)是應(yīng)用信號周期性和噪聲隨機性的特點，通過自相關(guān)或互相關(guān)運算，達到去除噪聲檢測出有用信號的一種技術(shù)。所以本設(shè)計采用電導(dǎo)率檢測法鑒別地溝油。劉薇 [12]等發(fā)現(xiàn)，十二烷基苯磺酸鈉在地溝油水相中特征熒光波峰為 ，而食nmemx290/3/??用油則不存在，可根據(jù)油脂熒光位置和強度進行鑒別是否摻入地溝油；但只能用于潲水油含量 10% 以上樣品。張蕊 [8]等采用 GC 法利用色譜柱對樣品中膽固醇和植物甾醇進行分離，從而鑒別樣品是否混有地溝油，結(jié)果表明，該法檢出限為摻有 10% 以上地溝油食用植物油樣品。王樂 [3]等對經(jīng)脫色處理地溝油樣品與市售菜籽油、花生油、花生調(diào)和油中 15 種重金屬元素進行測定，元素 Fe、Pb、Cr、Zn、Mn 在地溝油中含量7很高，其中 Pb、Cr 含量明顯超出糧油類食品限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。 “過菜油”之一的炸貨油在高溫狀態(tài)下長期反復(fù)使用，與空氣中的氧接觸，發(fā)生水解、氧化、聚合等復(fù)雜反應(yīng)，致使油黏度增加，色澤加深，過氧化值升高，并產(chǎn)生一些揮發(fā)物及醛、酮、內(nèi)酯等有刺激性氣味的物質(zhì)，這些物質(zhì)具有致癌作用。經(jīng)過實驗檢測，本系統(tǒng)可在室溫環(huán)境下對地溝油進行快速準(zhǔn)確的判定，達到了預(yù)期的功能，且性能穩(wěn)定。對本設(shè)計報告研究作出過重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。該系統(tǒng)以 DE2 開發(fā)平臺為集成環(huán)境搭建以 Nios II CPU 為核心的數(shù)字信號處理系統(tǒng)，外加電極檢測模塊構(gòu)成的電導(dǎo)率傳感器。特別是地溝油問題，近來影響十分嚴重，為全民所關(guān)注。地溝油的化學(xué)成分 [1] :二甲胺（C2H7N） ，D—甘油酯（C3H6O4） ，乙苯（C8H10） ，對二甲苯（C8H10） ，間二甲苯（C8H10） ，甲基乙苯（C9H12） ，二甲基十一烷（C13H28） ，以及大量的 Fe、Pb、Cr、Zn、Mn 元素，其中 Pb、Cr 含量明顯超出有關(guān)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。許斌 [5]等采用 GC 法對廣州市不同食品量化分級餐飲單位烹調(diào)用油進行分析，結(jié)果顯示，% 以上單位絕大部分油品都含有棕櫚油、動物油或混合油種類。油樣在展開劑作用下各種成分在硅膠板上擴散分離，經(jīng)顯色劑顯色后可在板上觀察到不同斑點。電導(dǎo)率法操作簡單，對儀器與設(shè)備要求低，是一種快速檢測地溝油方法。又據(jù)王飛艷等 [16]研究得出：毛地溝油萃取水相電導(dǎo)率為 —，處理后地溝油萃取水相電導(dǎo)率為 —，食用油9萃取水相電導(dǎo)率為 —，測定油脂的萃取水相電導(dǎo)率值大于10μS/cm 課初步斷定其參偽。由相關(guān)資料 [17]得到：a．自相關(guān)檢測自相關(guān)函數(shù)： 其中 X(t)為隨機過程，E(X(t))為期望，????tXsEtsR*,?Y(t)為另一隨機過程。正交矢量型鎖定放大器檢測原理為互相關(guān)檢測原理，其實質(zhì)就是用相敏檢波來實現(xiàn)信號頻譜遷移，用低通濾波器來抑制噪聲并濾去高頻分量。1?2待測信號 通過相敏檢波 相敏檢波 2 有：()xt ??1sin122 12 12()()sin)()ico[(()]cos[()()]rr sr rZtrfttBftAABB ft???????????????????????????2cos122 12 12in()())sin[(()](sin[()()]rr s srZtxtAftftt ft??????????????????設(shè)低通濾波器 低通濾波器 2 截止頻率均為 ，當(dāng) ，且其帶寬cutfcutsrff?盡量窄時，可以認為在通過低通濾波器后的信號中噪聲信號忽略不計。然后將電導(dǎo)率信號經(jīng)過正交矢量型鎖定放大器，檢LRg測出輸出正弦信號的幅值，便得到待測液的電導(dǎo)率。Nios II 包括 3 種類型，分別是：Nios Ⅱ/f（快速）——最高的系統(tǒng)性能，中等 FPGA 使用量；Nios Ⅱ/s（標(biāo)準(zhǔn)）——高性能，低 FPGA 使用量；Nios Ⅱ/e（經(jīng)濟）——低性能，最低的 FPGA 使用量。設(shè)計者能夠用 Altera Quartus Ⅱ開發(fā)軟件中的 SOPC Builder 系統(tǒng)開發(fā)工具很容易地創(chuàng)建專用的處理器系統(tǒng)，并能夠根據(jù)系統(tǒng)的需求添加 Nios Ⅱ處理器核的數(shù)量。電阻式觸摸屏分為：四線電阻屏 四線電阻模擬量技術(shù)的兩層透明金屬層工作時每層均增加 5V 恒定電壓：一個豎直方向，一個水平方向。表面硬度高，減少擦傷、刮傷及防化學(xué)處理。電容屏反光嚴重，而且，電容技術(shù)的四層復(fù)合觸摸屏對各波長光的透光率不均勻，存在色彩失真的問題，由于光線在各層間的反射，還造16成圖像字符的模糊。17 系統(tǒng)功能與指標(biāo)本系統(tǒng)的功能：通過檢測油脂萃取液的電導(dǎo)率，能初步檢測出合格食用油與地溝油，以及實現(xiàn)微弱信號的檢測。電極與 ADC 芯片相聯(lián)接，從而將模擬信號變換成數(shù)字信號以便輸入到 FPGA 芯片中。ADS828 最高的采樣頻率 75 MHz 和單端輸入范圍的 v~ v。input [9:0] DATA_Input。end////////////////////////////////always (posedge CLK_50M) begin if(Cntr_CLK_ADC25) CLK_ADC=1。它采用 12 位并行輸入，雙緩沖器輸入邏輯結(jié)構(gòu)，支持緩沖讀取，此外，DAC7621 提供了一個 CS 片選引腳，CLR 清除緩沖引腳，當(dāng)清除緩沖后輸出為 0V，工作溫度范圍：–40176。 參考信號通道相敏檢波 2 低通濾波器 2低通濾波器 1運算單元IQA?待測信號 ()xt()Ztt正交矢量型鎖定放大器原理圖a. 相敏檢波電路。生成的低通濾波器的原理圖如圖 所示：圖 低通濾波器原理圖c. 運算單元運算單元由平方電路即乘法電路，求和電路以及開方運算。 endmodule生成的原理圖如圖 所示。由微弱信號的檢測處于強噪聲背景下，所以本系統(tǒng)對信號的濾波處理較多，系統(tǒng)的數(shù)字化充分利用了 FPGA 的資源，實現(xiàn)了系統(tǒng)的集成化，微型化。27第五章 系統(tǒng)測試方案及結(jié)果 電導(dǎo)率傳感器檢測校準(zhǔn)方案本系統(tǒng)是通過外部檢測電極檢測待測油脂萃取液的水相電導(dǎo)率，通過對電導(dǎo)率的測定判斷所測油脂是否為地溝油，一般毛地溝油萃取水相電導(dǎo)率為—，處理后地溝油萃取水相電導(dǎo)率為 —，食用油萃取水相電導(dǎo)率為 —，因此以，電導(dǎo)率大于 ，而小于。主要觀察低通濾波器的輸出值，該處輸出信號應(yīng)是含有被測幅值的直流信號。測試結(jié)果值電壓/v 1 2 平方 1 4 測試值 7810 12230 22150 34200 55000 84500 108700 122300 150200 162022結(jié)果分析： 290500001000001500002022000 1 2 3 4 5 6測試值y =35726x+測試值圖 測試值的線性擬合圖 展示了測試值在線性擬合后的結(jié)果，測試結(jié)果呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系，說明本系統(tǒng)可以明顯區(qū)分不同液體的電導(dǎo)率，可以快速測定地溝油。非接觸式檢測將檢測電極與待測液完全隔離開，很好的避免了存在腐蝕的可能性。增強本系統(tǒng)的功能，增強人機交互的功能，提升本系統(tǒng)的應(yīng)用層面。我們相信沒有不可能的事，只要有堅持。ads7846_CLK_1。ads7846_CLK_1。37char dat。y=y|dat。y=y|da